一种气门滞后角的电液调控方法及装置与流程

本发明属于发动机技术领域，具体来说涉及一种气门滞后角的电液调控方法，同时还涉及该电液调控方法所用的装置。

背景技术：

凸轮机构具有结构简单、工作可靠、运动学及动力学性能好等诸多特点，广泛应用于发动机的气门驱动机构，但凸轮曲线一旦确定，使用时不具有可调性。

对凸轮控制气门运动规律的气门驱动机构中液压挺柱的工作油腔设置回油路并进行回油调控可以调控液压挺柱的工作高度，并使气门作关联运动，实现对气门滞后角的调节，现有的仅以电磁阀控制回油路通断的调控方式（如现代公司的evt系统，hyundai/siemensevtsystem），其气门关闭落座时的冲击速度不仅与回油速度有关，还与气门落座时刻从动件与凸轮曲线的接触位置和凸轮转速有关，滞后角调节量的增大或凸轮转速的提高都会使气门落座冲击加剧。

在发动机配气参数中，调控进气门滞后角能调控气缸的有效压缩比，而有效压缩比是影响发动机效率、动力、能耗、爆震等性能的关键因素之一；调控排气门滞后角能调控气缸内废气的排出或倒流参数，而高温残余废气占缸内混合气的比例（残余废气系数）将显著影响混合气温度从而影响燃烧过程。

均质稀薄压燃（hcci）是一种发动机高效燃烧模式，节能减排效果明显，但因控制技术等方面的原因未能得到广泛应用。hcci的燃烧时刻主要受缸内混合气被压缩到上止点位置时温度的影响，目前还缺乏简单有效且响应敏捷的缸内温度调控手段；此外，发动机还需根据负荷的变化在hcci和传统燃烧模式之间切换，由于工况条件差异大，切换时需对有效压缩比和残余废气系数这两个显著影响缸内热力学状态的因素进行大范围的参数调节，且为避免发动机工作混乱等不受控情况，工况切换需在一个工作循环内完成，对此还缺乏适应大范围参数调节且能瞬态切换的技术。可变配气技术中通过分别调控进气门和排气门的滞后角从而调控有效压缩比和残余废气系数，是hcci的控制方法之一，但现有技术在调节参数范围、工况切换的响应敏捷性等方面还很难满足hcci的使用要求。电磁直接驱动气门类可变配气技术，虽在电气调控技术方面灵活，但因其受力、功耗、体积、惯性均较大，导致高速响应性不佳等原因，而未能得到广泛应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能灵活调控，在任意所需的气门滞后角位置关闭气门，满足发动机各种工况对滞后角参数要求的气门滞后角的电液调控方法。

本发明的另一目的在于提供该气门滞后角的电液调控装置。

本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的：

本发明的一种气门滞后角的电液调控方法，包括以下步骤：

（1）由凸轮控制气门运动规律的气门驱动系统中，在凸轮回程组合曲线的后段中设置一半径大于基圆半径的同心圆弧，使气门运动到受该圆弧控制范围时停止运动，处于等待关闭状态；

（2）将气门驱动系统中液压挺柱的工作油腔与回油路连接，并在回油路中设置进行通断控制、行程控制和分段分级节流控制的回油控制系统，使液压挺柱的工作高度被压缩的触发、运动过程及分段速度均受回油控制系统控制；

（3）利用回油控制系统使回油路处于截断状态，此时液压挺柱的工作高度不可压缩，随着凸轮转动，气门将按凸轮曲线所确定的规律运动；当气门运动到等待关闭状态范围内的任意时刻，通过回油控制系统使回油路连通，液压挺柱工作高度随工作油腔内油液在回油控制系统控制条件下被压出而缩短，使气门再次运动直至关闭；气门关闭后，再次利用回油控制系统使回油路处于截断状态，进入下一循环准备状态；在发动机每一个工作循环，利用回油控制系统按所需参数调控回油路的通断时刻，就可以在当前循环内、按所需的气门滞后角位置关闭气门，实现对气门滞后角的调控。

上述的气门滞后角的电液调控方法，其中：回油控制系统中通断控制为电磁阀控制、行程控制为定行程油缸控制、分段分级节流控制为不同节流孔控制并以串联形式组成系统。

上述的气门滞后角的电液调控方法，其中：两组相同气门驱动系统中的两个相同的液压挺柱的工作油腔共同通过一套回油控制系统与回油路连接，形成一套回油控制系统对两个气门的同步控制。

本发明的一种气门滞后角的电液调控装置，包括气门驱动系统、回油控制系统、回油路，其中：气门驱动系统包括凸轮、液压挺柱、气门、润滑油路；回油控制系统包括电磁阀驱动控制装置、电磁阀体、阀芯、阀口、快速段节流孔、油缸、行程限位缓冲套、活塞、低速段节流孔、活塞回位弹簧，电磁阀体通过回油路与液压挺柱的工作油腔连接，阀芯安装在电磁阀体内，电磁阀驱动控制装置与阀芯连接，阀口安装在阀芯下部，油缸安装在阀芯下部，行程限位缓冲套安装在油缸内活塞的下部，快速段节流孔设置在阀口至油缸之间的油路中，活塞安装在油缸中，活塞内设置有低速段节流孔并通过回油路与发动机润滑系统连接，活塞下部设置有活塞回位弹簧。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果：从以上技术方案可知：本发明在凸轮回程组合曲线的后段中设置一半径大于基圆半径的同心圆弧，能使气门运动到受该圆弧控制范围时停止运动，处于等待关闭状态；将气门驱动系统中液压挺柱的工作油腔与回油路连接，并在回油路中设置进行通断控制、行程控制和分段分级节流控制的回油控制系统，利用回油控制系统使回油路处于截断状态，此时液压挺柱的工作高度不可压缩，随着凸轮转动，气门将按凸轮曲线所确定的规律运动；当气门运动到等待关闭状态范围内的任意时刻，通过回油控制系统使回油路连通，液压挺柱工作高度随工作油腔内油液在回油控制系统控制条件下被压出而缩短，使气门再次运动直至关闭；气门关闭后，再次利用回油控制系统使回油路处于截断状态，进入下一循环准备状态；在发动机每一个工作循环，利用回油控制系统按所需参数调控回油路的通断时刻，就可以在当前循环内、按所需的气门滞后角位置关闭气门，实现对气门滞后角的调控。由此可见，在气门运动的全部升程和大部分回程，本发明与现有技术相似，采用凸轮控制气门运动规律，保留了同类技术的优点，但在气门关闭前能停止运动，保持一定的气流通道等待关闭，气门最后的关闭时刻及过程不再由凸轮控制，而可以由本发明的方法灵活调控，在任意所需的气门滞后角位置关闭气门，满足发动机各种工况对滞后角参数的要求；气门每一次最后阶段的关闭运动都从相同的高度及停止状态开始，且关闭过程及运动学参数只与气门系统的结构及尺寸、气门弹簧、油液性质、回油控制系统中的节流孔等不发生瞬态突变的条件有关，故不同的滞后角调控参数或不同发动机转速下，气门关闭的运动过程及落座速度均相同，工作稳定可靠；本发明用于进气门滞后角的调控时可以对有效压缩比实时调控，发动机可以根据当前工况在最合理的有效压缩比条件下工作，提高效率，改善动力性能、节能减排；用于排气门滞后角的调控时可以对缸内残余废气系数实时调控且调控范围大，其中，对于某些特殊工况（如hcci）需提高残余废气系数时能通过大幅度增大滞后角而使废气倒流来达到目的；本发明用于发动机hcci燃烧时刻控制和hcci燃烧模式与传统燃烧模式的相互切换时具有突出优势：对进气门和排气门的滞后角进行协同调控可以优化组合有效压缩比和残余废气系数这两个显著影响缸内热力学状态的因素，从而实时调控缸内混合气被压缩到上止点处的温度，实现对hcci燃烧时刻的有效控制；当需要发动机在hcci燃烧模式与传统燃烧模式之间相互切换时，有效压缩比和残余废气系数均需大范围的改变且需在一个循环内完成，本发明的方法能作出瞬态响应，且简单有效。本发明的对气门滞后角进行调控的方法不会对气门提前角产生牵连调节，可结合其他适当的可变配气技术对气门提前角进行调节。

附图说明

图1为直动从动件凸轮机构型气门滞后角电液调控方法原理图；

图2为摆动从动件凸轮机构型气门滞后角电液调控方法原理图；

图3为直动从动件凸轮机构型两个同步运动气门共用一套回油控制系统的气门滞后角电液调控方法原理图；

图4为摆动从动件凸轮机构型两个同步运动气门共用一套回油控制系统的气门滞后角电液调控方法原理图；

图5为直动从动件凸轮机构型一个气门滞后角电液调控装置示意图；

图6为能使气门停止运动处于等待关闭状态的凸轮曲线示意图；

图7为受凸轮曲线控制的气门运动曲线示意图；

图8为气门关闭阶段运动曲线局部放大示意图；

图9为摆动从动件凸轮机构型两个同步运动气门共用一套回油控制系统的结构示意图；

图10为电磁阀内部结构局部放大示意图；

图中标记：

1、气门驱动系统a，1.1、凸轮a，1.2、液压挺柱a，1.21、工作油腔a，1.3、气门a，1.4、润滑油路a，2、回油控制系统，2.1、电磁阀驱动控制装置，2.2、电磁阀体，2.21、横向回油孔，2.3、阀芯，2.4、阀口，2.5、快速段节流孔，2.6、油缸，2.61、行程限位缓冲套，2.62、中心回油孔，2.7、活塞，2.8、低速段节流孔，2.9、活塞回位弹簧，3、回油路，3.11、斜回油孔b，3.12、斜回油孔d，3.21、工作油腔回油孔b，3.22、工作油腔回油孔d，4、气门驱动系统b，4.1、凸轮b，4.2、液压挺柱b，4.21、工作油腔b，4.3、气门b，4.4、润滑油路b，5、气门驱动系统c，5.1、凸轮c，5.2、液压挺柱c，5.21、工作油腔c，5.3、气门c，5.4、润滑油路c，6、气门驱动系统d，6.1、凸轮d，6.2、液压挺柱d，6.21、工作油腔d，6.3、气门d，6.4、润滑油路d，7、汽缸盖，8、电磁阀安装孔。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的气门滞后角的电液调控方法及装置具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1：

参见图1、6，一种直动从动件凸轮机构型气门滞后角的电液调控方法，包括以下步骤：

（1）由凸轮控制气门运动规律的气门驱动系统a1中，在凸轮a1.1回程组合曲线的后段中设置一半径（见图6r1）大于基圆半径（见图6r0）的同心圆弧ab（见图6），使气门a1.3运动到受该圆弧控制范围时停止运动，处于等待关闭状态，气门a1.3最后的关闭时刻及过程不再由凸轮a1.1控制；

（2）将气门驱动系统a1中液压挺柱a1.2的工作油腔a1.21与回油路3连接，并在回油路3中设置通断控制为电磁阀控制、行程控制为定行程油缸控制、分段分级节流控制为不同节流孔控制并以串联形式组成的回油控制系统2，使液压挺柱a1.2的工作高度被压缩的触发、运动过程及分段速度均受回油控制系统2控制；

（3）利用回油控制系统2使回油路3处于截断状态，此时液压挺柱a1.2的工作高度不可压缩，随着凸轮a1.1转动，气门a1.3将按凸轮曲线所确定的规律运动；当气门a1.3运动到等待关闭状态范围内的任意时刻，通过回油控制系统2使回油路3连通，液压挺柱a1.2工作高度随工作油腔a1.21内油液在回油控制系统2控制条件下被压出而缩短，使气门a1.3再次运动直至关闭；气门a1.3关闭后，再次利用回油控制系统2使回油路3处于截断状态，进入下一循环准备状态；在发动机每一个工作循环，利用回油控制系统2按所需参数调控回油路3的通断时刻，就可以在当前循环内、按所需的气门滞后角位置关闭气门a1.3，实现对气门滞后角的调控。

实施例2：

参见图3、6，直动从动件凸轮机构型两个同步运动气门的一种气门滞后角的电液调控方法，包括以下步骤：

（1）由凸轮控制气门运动规律的两个相同的气门驱动系统a1和气门驱动系统c5中，在两个相同凸轮a1.1和凸轮c5.1回程组合曲线的后段中各设置一半径（见图6r1）大于基圆半径（见图6r0）的同心圆弧ab（见图6），使气门a1.3和气门c5.3运动到受该圆弧控制范围时停止运动，处于等待关闭状态，气门a1.3和气门c5.3最后的关闭时刻及过程不再由凸轮a1.1和凸轮c5.1控制；

（2）将两个气门驱动系统a1和气门驱动系统c5中两个相同的液压挺柱a1.2和液压挺柱c5.2的工作油腔a1.21和工作油腔c5.21同时与回油路3连接，并在回油路3中设置通断控制为电磁阀控制、行程控制为定行程油缸控制、分段分级节流控制为不同节流孔控制并以串联形式组成的回油控制系统2，使两个液压挺柱a1.2和液压挺柱c5.2的工作高度被压缩的触发、运动过程及分段速度均受回油控制系统2控制；

（3）利用回油路控制系统2使回油路3处于截断状态，此时两个液压挺柱a1.2和液压挺柱c5.2的工作高度不可压缩，随着两个凸轮a1.1和凸轮c5.1的同步转动，两个气门a1.3和气门c5.3都将按凸轮曲线所确定的规律运动；当两个气门a1.3和气门c5.3同步运动到等待关闭状态范围内的任意时刻，通过回油控制系统2使回油路3连通，两个液压挺柱a1.2和液压挺柱c5.2的工作高度同时随工作油腔a1.21和工作油腔c5.21内油液在回油控制系统2控制条件下被压出而缩短，使两个气门a1.3和气门c5.3再次运动直至关闭；气门a1.3和气门c5.3关闭后，再次利用回油控制系统2使回油路3处于截断状态，进入下一循环准备状态；在发动机每一个工作循环，利用回油控制系统2按所需参数调控回油路3的通断时刻，就可以在当前循环内、按所需的气门滞后角位置关闭气门a1.3和气门c5.3，实现对两个同步运动气门a1.3和气门c5.3的气门滞后角的同步调控。

实施例3：

参见图5，直动从动件凸轮机构型一个气门的一种气门滞后角的电液调控装置，包括气门驱动系统a1、回油控制系统2、回油路3，其中：气门驱动系统a1包括凸轮a1.1、液压挺柱a1.2、气门a1.3、润滑油路a1.4；回油控制系统2包括电磁阀驱动控制装置2.1、电磁阀体2.2、阀芯2.3、阀口2.4、快速段节流孔2.5、油缸2.6、行程限位缓冲套2.61、活塞2.7、低速段节流孔2.8、活塞回位弹簧2.9，电磁阀体2.2通过回油路3与液压挺柱a1.2的工作油腔a1.21连接，阀芯2.3安装在电磁阀体2.2内，电磁阀驱动控制装置2.1与阀芯2.3连接，阀口2.4安装在阀芯2.3下部，电磁阀驱动控制装置2.1控制阀芯2.3可向下运动到与阀口2.4接触位置而截断回油路3或向上运动离开阀口2.4位置而连通回油路3，油缸2.6安装在阀芯2.3下部，行程限位缓冲套2.61安装在油缸2.6内活塞2.7的下部，快速段节流孔2.5设置在阀口2.4至油缸2.6之间的油路中，活塞2.7安装在油缸2.6中并可沿轴向按设定的行程往复运动，活塞2.7内设置有低速段节流孔2.8并通过回油路3与发动机润滑系统连接，活塞2.7下部设置有活塞回位弹簧2.9。

工作过程如下：

参见图5-8，当凸轮a1.1以一定的转速顺时针转动时，以液压挺柱a1.2的上端面与凸轮a1.1的接触点为如图6中o点所示的升程段曲线起始点位置作为所述工作过程的开始位置；电磁阀驱动控制装置2.1使阀芯2.3处于与阀口2.4接触位置而截断回油路3，液压挺柱a1.2的工作高度被锁定，气门a1.3的运动规律由凸轮a1.1所确定，气门a1.3将随凸轮a1.1的转动而被打开并顺序完成如图7中oh段所示的全部升程和ha段所示的部分回程运动；当凸轮a1.1与液压挺柱a1.2的上端面接触处达到如图6中的a点后，气门a1.3受如图6所示ab圆弧控制而停止运动，处于保持一定的气流通道等待关闭状态，如图7中与横坐标保持一定距离的ab段直线所示，气门a1.3最后的关闭时刻及运动过程不再由凸轮a1.1控制，而可以由本发明的电液调控方法灵活调控；当到达发动机工况要求的调控时刻，如图8中d点所示，回油控制系统2发出指令使电磁阀驱动控制装置2.1驱动阀芯2.3向上运动离开阀口2.4位置而接通回油路3，此时液压挺柱a1.2工作油腔a1.21内因受气门弹簧作用的高压油将通过回油路3被压出，同时压力油推动活塞2.7克服活塞回位弹簧2.9的作用力向下运动，直至活塞2.7下端与安装在油缸2.6下部的行程限位缓冲套2.61接触而停止运动，此阶段液压挺柱a1.2的下端面和与之接触而同步运动气门a1.3的运动行程受预先设定的活塞2.7从最高位置至与行程限位缓冲套2.61接触位置之间的行程控制，同时液压挺柱a1.2的下端面及同步运动气门a1.3的运动速度受快速段节流孔2.5控制，实现气门a1.3快速接近关闭位置，如图8中de段所示；当活塞2.7停止后，液压挺柱a1.2工作油腔a1.21内的高压油继续通过低速段节流孔2.8流出，此阶段液压挺柱a1.2的下端面及同步运动气门a1.3的运动速度受低速段节流孔2.8控制，直至气门a1.3关闭，实现最后阶段气门a1.3的低速落座，如图8中ef段所示；气门a1.3落座关闭后，气门弹簧力不再作用于液压挺柱a1.2，其工作油腔a1.21内油压卸荷，活塞2.7受活塞回位弹簧2.9力作用向上运动，直至活塞2.7上端与油缸2.6上端接触后停止；凸轮a1.1继续转动直至到达如图6中的c点处的基圆与液压挺柱a1.2的上端面接触，液压挺柱a1.2在挺柱内弹簧作用下其工作高度增大回位，润滑油路a1.4对液压挺柱a1.2的工作油腔a1.21补油；在工作油腔a1.21内油压卸荷后至下一循环打开气门a1.3前，通过回油控制系统2的指令利用电磁阀驱动控制装置2.1驱动阀芯2.3向下运动截断回油路3，气门滞后角的电液调控装置2.1处于下一循环准备状态。

由上述工作过程可知，在发动机任意一个工作循环，回油控制系统2可以在如图8中ab段范围内任意时刻发出接通回油路3的指令，并在该循环内完成气门a1.3的关闭。因此，只要设定ab段的范围满足发动机各种工况对参数的要求，就可以利用回油控制系统2按所需参数调控回油路3的通断时刻，在任意所需的气门滞后角位置、在当前循环内关闭气门a1.3，实现对气门滞后角的实时调控。

实施例4：摆动从动件凸轮机构型两个同步运动气门的气门滞后角的电液调控装置

参见图2、4、9、10，对于常用的每缸分别有两个同步运动进气门和两个同步运动排气门的发动机，在气缸盖7上同一气缸的进气门侧或排气门侧的两个摆动从动件凸轮机构型气门驱动系统b4和气门驱动系统d6的相同的液压挺柱b4.2和液压挺柱d6.2的两个安装孔和火花塞安装孔之间的空余位置设置一个电磁阀安装孔8，电磁阀体2.2安装在电磁阀安装孔8中，阀芯2.3安装在电磁阀体2.2内，电磁阀驱动控制装置2.1与阀芯2.3连接，阀口2.4安装在阀芯2.3下部，电磁阀驱动控制装置2.1控制阀芯2.3可向下运动到与阀口2.4接触位置而截断回油路3或向上运动离开阀口2.4位置而连通回油路3，快速段节流孔2.5直接设置在阀口2.4的下部，油缸2.6通过螺纹与电磁阀体2.2连接，油缸2.6的上端压紧阀口2.4的下部，油缸2.6内安装有与之形成一体的行程限位缓冲套2.61，活塞2.7安装在油缸2.6中并可沿轴向在阀口2.4至行程限位缓冲套2.61之间往复运动，活塞2.7上部设置有低速段节流孔2.8并依次通过行程限位缓冲套2.61内的中心回油孔2.62、回油路3与发动机润滑系统连接，活塞2.7下部设置有活塞回位弹簧2.9；在电磁阀安装孔8中段的腰部设置两个斜回油孔b3.11和斜回油孔d3.12，斜回油孔b3.11和斜回油孔d3.12的上部分别与电磁阀体2.2中部的横向回油孔2.21的两侧连通，而下部则分别与两个液压挺柱b4.2和液压挺柱d6.2的安装孔底部设置的与工作油腔b4.21和工作油腔d6.21分别相通的工作油腔回油孔b3.21和工作油腔回油孔d3.22连通，组成了两个工作油腔b4.21和工作油腔d6.21与一个电磁阀体2.2的之间的回油路3的连接。这样就实现了用一套回油路控制系统2同时控制两个同步运动的气门b4.3和气门d6.3的结构；

对于本实施例，活塞2.7在油缸2.6中的运动行程需按两个液压挺柱b4.2和液压挺柱d6.2的行程叠加来确定，而快速段节流孔2.5和低速段节流孔2.8的尺寸均需按同时控制两个液压挺柱b4.2和液压挺柱d6.2的速度根据流体力学相关方法确定。

根据如图10所示的阀芯2.3及与之相关的结构和工作过程可知，由于需要关闭回油路3时，回油路3中已处于卸荷低压状态，故只需较小的作用力（如弹簧力）就足以驱动阀芯2.3实施关闭；阀芯2.3关闭后其所受轴向力平衡，不会因该阶段电磁阀体2.2内的高压油作用而自动打开，也不会使打开阀芯2.3的阻力加大，打开阀芯2.3所需的作用力（如电磁力）只需大于阀芯2.3关闭的作用力即可，故开启阻力也较小，打开阀芯2.3后高压油将作用于阀芯2.3的下部，对保持阀芯2.3打开状态有利，当再次需要关闭回油路3时，回油路3中又已处于卸荷低压状态；显然阀芯2.3所需驱动控制的作用力小、流量小，有利于电磁阀的小型化，提高响应灵敏度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。